¿Por qué aumenta la presión si una tubería se ensancha?

Answer 1

Debe tener en cuenta aquí que hay muchas suposiciones para el caso que ha pedido.

Haré todo lo posible para analogizar la explicación.

Término del laico –

Imagine que está hecho de un tipo de sustancia extremadamente flexible y gomosa. Tienes que apretar y deslizar (o fluir) a través de un tubo (contenedor 2-D en este caso) como una serpiente. Le han dado algo de energía que puede gastar mientras se desliza por el tubo. Además, en cada sección del tubo, todo su cuerpo debe llenar completamente el tubo y mantener el contacto con las paredes del tubo, sin espacio para el aire.

Se le ha suministrado energía cinética y energía de presión pero no energía potencial (ya que no tiene que trabajar contra la gravedad, ¡se mueve en línea recta!).

Estás muy motivado para deslizarte a través de este tubo: esta es tu energía cinética. Pero cuando los obstáculos (pueden ser en forma de resistencia al aire que tiene que empujar dentro del tubo mientras se desliza) aumentan, necesitará más motivación (vea algunas películas inspiradoras para mantenerse activo durante los momentos difíciles): esta es su energía de presión.

Ahora comienza a deslizarse en el tubo A (con un área relativamente pequeña). Está utilizando una parte importante de su suministro de energía cinética (está muy entusiasmado, ¡eh!) Y muy poca energía de presión (supongo que no mucha resistencia al aire). Te estás deslizando a toda velocidad.

Pero de repente viene. . .

Tubo B – Área más grande – mayor volumen – más resistencia al aire (aumento de obstáculos). Ahora que !

Si se desliza con la misma velocidad en un área más grande, no podrá mantener el contacto con las paredes del tubo. Entonces, te expandes. Pero, debe reducir la velocidad y esperar que el resto de su cuerpo llegue al tubo B. Esta es la conservación de la masa, en este caso, el caudal másico que debe ser constante.

Esto reducirá su energía cinética (rompe su entusiasmo).

Pero no puedes frenar. Te estas haciendo tarde. Tienes que llegar al otro extremo del tubo a tiempo. Tienes que mantener tu velocidad. Entonces, decides obtener algo de motivación, eres energía de presión. Tienes que hacer más trabajo contra el aire.

Ahora, está utilizando gran parte de la energía de presión y menos energía cinética, manteniendo el equilibrio entre los dos. Esto es conservación de energía. No puede obtener un suministro adicional de energía a la mitad de su viaje (no se puede producir energía, ¿verdad?).

Tecnicamente hablando –

Tenga en cuenta la historia anterior y siga leyendo.

¿Qué sucede cuando el fluido se mueve del tubo A (área más pequeña) al tubo B (área más grande)?

El caudal másico debe ser constante (conservación de la masa).

Masa = Densidad x Área x Velocidad = constante

La densidad es la misma; El área aumenta; Entonces, la velocidad disminuye y también la energía cinética.

Ahora, se debe hacer más trabajo contra el sistema para mantener el mismo nivel de energía.

Trabajo = presión x cambio en volumen

Como el área aumenta, el volumen aumenta, se requiere más trabajo, por lo que la presión aumenta. Esto da como resultado el aumento de la energía de presión.

Answer 2

<< Entonces, la presión en el punto B es mayor que en A >>

Esto no es necesariamente así. El solo hecho de aumentar la sección transversal de la tubería no significa que la presión del líquido en movimiento deba aumentar. Ese es un error común. Imagine que una tubería ancha está conectada a la región en la que la presión es igual a la presión en el punto A. ¿Por qué debe crecer la presión? No debe. El líquido no llenará la gran sección transversal de la tubería con su flujo. La sección transversal del flujo permanece igual a la sección transversal de un tubo delgado, y el flujo se corta de la pared en lugar de la expansión de la sección transversal. No importa lo que llene el vacío. No importa si se trata de vapor y gases disueltos o zona de estancamiento con líquido estacionario. Lo importante es que la conversión de energía cinética en potencial por la fórmula de Bernoulli no va a suceder. Hay que decir que el flujo sostenible en estado estacionario en muchos casos tampoco se realizará. Es decir, para implementar la conversión de energía cinética de flujo en su energía potencial, es necesario que se aplicara la presión de salida desde el exterior. Ahora imagine que la presión en el punto B se ve obligada a crecer. Por ejemplo, puede ser si alguien comienza a cerrar una válvula en una tubería ancha en algún lugar a la derecha (o no lejos, no importa). Ahora, el flujo comienza a expandirse para restaurar la presión dinámica en estática. Usted escribió que la presión máxima posible se puede lograr correctamente, pero para su realización más completa, necesita usar la transición del confusor de un tubo delgado a uno ancho.

Eso es suficiente el texto complejo y lo siento por mi inglés allí. Deseo creer que el pensamiento principal es claro.

🙂

Answer 3

La ley de Bernoulli es un ejemplo de conservación de la energía. Cuando el fluido está en una tubería más pequeña, tiene que moverse más rápidamente para mantener el volumen que pasa por unidad de tiempo igual. Eso significa que la energía cinética del fluido es mayor.

¡Pero esa energía tiene que venir de alguna parte! Por lo tanto, la energía potencial en forma de presión disminuye.

Tenga en cuenta, sin embargo, que la ley de Bernoulli requiere dos condiciones:

1. Se aplica al flujo en estado estacionario. Cuando el fluido ingresa por primera vez a un sistema, está goteando, o la tasa se está “subiendo” o “bajando”, entonces el flujo no está en un estado estable.
2. Se aplica al flujo laminar , no al flujo turbulento. Dada la tubería de arriba, habría turbulencias donde el agua sale de la tubería más pequeña hacia la más grande. Por lo tanto, la ley de Bernoulli no describirá el flujo allí correctamente.